Vi mennesker har i tusenvis av år forsøkt å forstå, og senere kontrollere, temperaturen rundt oss. Når det er for varmt, må vi kjøle oss ned og holde maten vår kald. Når det er for kaldt, må vi varme opp hjemmene våre. Ved å innføre teknologier med lukket sirkulasjon som for eksempel kjølesystemer, klimaanlegg og varmepumper, har vi løst disse problemene. Men slike systemer trenger et arbeidsmedium for å trekke ut varme fra én kilde og overføre den til en annen.
Problemet med KFK og HFK
Klorfluorkarboner (KFK) er en gruppe luktfrie og kunstig fremstilte kjemikalier. De ble ofte brukt i spraybokser, kjøleskap og klimaanlegg og i en rekke andre produkter frem til Montrealprotokollen, som trådte i kraft i januar 1989, innførte forbud mot bruk av KFK da det viste seg at de bidro til å bryte ned ozonlaget. KFK ble erstattet av hydrofluorkarboner (HFK). De har ikke ozonnedbrytende egenskaper, men har siden vist seg å være er en svært kraftig klimagass.
I januar 2019 trådte Kigali-tillegget i Montrealprotokollen i kraft, noe som innebærer en gradvis reduksjon av HFK-forbruket. Ved å gå over til ozon- og klimavennlige alternativer kan vi unngå mer enn en halv grads temperaturøkning på jorda innen utgangen av århundret. Men hva er disse alternativene? Det er her norsk forskning kommer inn i bildet.
Kan en gammel idé være løsningen på et nytt problem?
Da det ble kjent at KFK-gasser var miljøskadelige, gikk NTNU og SINTEF inn for å finne et naturlig arbeidsmedium som kan brukes i stedet for. Selv om bruken av HFK ble en kommersiell suksess som erstatning for KFK i mange produkter, fortsatte NTNU og SINTEF sin forskning på naturlige arbeidsmedier som en klimavennlig løsning.
Tidligere professor ved NTH, Emeritus Gustav Lorentzen, var pådriver for forskningen og foreslo bruk av CO2 som kjølemedium allerede i 1987. Under professorens lederskap samarbeidet de norske forskerne nært med Norsk Hydro, som også var svært interessert i å finne alternative kjølesystemer til sine aluminiumsprodukter, som varmevekslere og varmevekselrør. Samarbeidet førte til opprettelsen av shecco, som i mange år var et foregangsselskap for CO2-baserte løsninger.
Den aller første gangen CO2 ble tatt i bruk i kjølesystemer var så langt tilbake som i 1879. På grunn av sine ikke-giftige og ikke-brennbare egenskaper, ble kjølesystemet populært i skips- og militærindustrien. Men tekniske problemer og den kjemiske industriens sterke satsing på KFK, gjorde at CO2 forsvant fra markedet på 1940-tallet.
Alle er enige om at den grønneste energien er den som aldri blir brukt.
På grunn av de store fremskrittene som ble gjort innen forskning på CO2 kom Professor Armin Hafner ved NTNU til Trondheim for første gang i 1995 og han har siden den gang jobbet for både NTNU og SINTEF. Han er leder for HighEFFs forskning på systemkomponenter, som innebærer forskning på naturlige arbeidsmedier.
«Det var et stort forskningsbehov for å gjøre CO2-systemene mer energieffektive. Her i Trondheim hadde vi allerede god infrastruktur, men samarbeidet med industrien, og da særlig Hydro og opprettelsen av shecco, var også viktige pådrivere. Det har vært en lang vei frem til der vi er i dag, men nå har vi verdens mest energieffektive høyeffektkompressor for CO2 her hos oss i SINTEF & NTNU,» sier Armin.
Nye bruksomåder for miljøvennlige arbeidsvæsker
SINTEFs tidlige forskning handlet i stor grad om mobile klimaanlegg, varmepumper og kommersielle kjølesystemer. Hele 75 % av norske supermarkeder bruker CO2-baserte kjølesystemer. Det har bidratt til at mer enn 18 000 supermarkeder nå bruker slike løsninger i hele Europa. Med flere tiår forskning i ryggen ser forskere fra HighEFF nå nærmere på mulighetene for å anvende CO2 og andre naturlige arbeidsmedier til nye industrielle formål.
«Vi har samarbeidet med Rema 1000 om bruk av kjøleanlegg i butikkene. Dette samarbeidet er nå utvidet til å omfatte annen industriell bruk i Rema 1000s leverandørkjede,» sa Petter Nekså, forskningskoordinator i HighEFF.
Investeringer i energieffektiviseringstiltak kan være lønnsomme for industrien.
Han forklarer også de ulike bruksområdene som HighEFF nå ser nærmere på. «NTNU finansierer en studie som gjennomføres av en PhD-kandidat fra HighEFF. Hun samarbeider tett med et norsk hotell om utviklingen av et nytt CO2-basert klimaanlegg og varmepumpesystem. Energimålinger har vist at hun har oppnådd svært gode resultater. Vi samarbeider også aktivt med en rekke andre industripartnere som Orkla og Tine for å finne nye bruksområder.»
Petter Nekså, sjefforsker, SINTEF Energi (til høyre) og Michael bantle, seniorforsker (til venstre).
CO2 er velegnet for varmepumpesystemer, kommersielle kjøleanlegg og automotive klimaanlegg, men er ikke egnet for alle bruksområder. I mange tilfeller finnes det imidlertid muligheter for effektive løsninger basert på naturlige arbeidsmedier. TINE valgte for eksempel nylig en ammoniakk- og vannbasert varmepumpe til sitt nye meieri, fremfor en CO2-basert løsning.
Hva hindrer utbredt kommersiell bruk?
Hvis naturlige arbeidsmedier er et klimavennlig alternativ til KFK og HFK og de kan bidra til å oppfylle klimamålene, hva står så i veien for utbredt kommersiell bruk?
For å forstå problemet må vi ta et tilbakeblikk på det som skjedde da KFK ble forbudt. På det tidspunktet kunne en ha innført naturlige arbeidsmedier, men den kjemiske industrien var pengesterk og innflytelsesrik. Det gjorde at en raskt tok i bruk HFK-gasser i stedet. Petter forklarer at det samme kan skje igjen: «KFK og HFK var i bruk i mange tiår før en oppdaget problemene med dem. De nye kjemiske løsningene kan godt være problemfrie, men vi vet ikke hva vi ikke vet. For å nå klimamålene trenger vi løsninger som vi allerede nå vet er miljøvennlige, og det er kun naturlige arbeidsvæsker som kan oppfylle dette behovet.»
Fra Norge og ut i verden
Det er ikke bare HighEFF og norsk industri som kan dra fordel av naturlige arbeidsmedier. Det er også et enormt potensial for teknologien i resten av verden. Mye av dette potensialet finnes i utviklingsland. Her er HFK fremdeles i bruk. Det betyr at en kan gå rett fra å bruke HFK til mer langsiktige og bærekraftige løsninger.
Armin forteller at for ham var høydepunktet installeringen av et CO2-basert kjølesystem i Jordan, med støtte fra FNs organisasjon for industriell utvikling (UNIDO). En representant for UNIDO uttalte at teknologien var «virkelig nyskapende.»
Inspirert av suksessen i Jordan planlegger HighEFF nå et nytt prosjekt for å overføre teknologien til India. India er et raskt industrialiserende land og hjemstedet til omtrent 17 % av verdens befolkning. En viktig forutsetning for å lykkes med prosjektet er å videreutvikle ejektorteknologien. Det er nødvendig for å sikre at CO2-baserte kjølesystemer er energieffektive i varme klima.
Armin Hafner, Professor, NTNU.
